Hybrid Photonic-Plasmonic Cavities based on the Nanoparticle-on-a-Mirror Configuration
混合光子-等离子体腔已经作为一种新的平台出现，以增加光-物质相互作用，能够以单独的光子或等离子体腔无法实现的单一方式增强Purcell因子。在迄今为止提出的主要由金属蝴蝶结天线组成的混合腔中，由光刻以可重复的方式限定的等离子体间隙尺寸被限制为最小值\approx 10 nm。镜面上纳米粒子（NPoM）腔在实现最小可能模式体积方面要优越得多，因为可以产生小于1 nm的间隙。在这里，我们设计了一个混合腔，它结合了NPoM等离子体腔和介电纳米束光子晶体腔在横磁（TM）偏振操作。金属纳米颗粒可以放置在非常靠近（< 1 nm）介电腔的上表面，其充当低反射率镜。我们通过数值计算证明，这种混合等离子体-光子腔结构具有高于10^{3}的品质因数Q和低至10^{ \num{-3} }的归一化模体积V，从而导致高的Purcell因子（FP \approx 10 ^5），同时利用当前技术在实验上是可行的。我们的研究结果表明，具有亚纳米间隙的混合腔应该为增强纳米光子系统中的光-物质相互作用开辟新的途径。
2021-06-03 physics.optics
Strong light-induced negative optical pressure arising from the kinetic energy of conduction electrons in plasmonic cavities
我们发现LC共振可以在等离子体腔中诱导出很强的负光压。这种有趣的效应可以用拉格朗日模型定性描述，该模型表明负光学压力是由内部电感和传导电子的动能驱动的。如果金属被理想导体所取代，则光压力变得更小且为正。
2011-01-19 physics.optics
Compact Graphene Plasmonic Slot Photodetector on Silicon-on-insulator with High Responsivity
石墨烯具有非凡的电光特性，因此是单片光子器件如光电探测器的有前途的候选者。然而，这种原子薄层材料与大体积光子组件的集成通常导致弱的光-石墨烯相互作用，导致限制电光性能的大器件长度。相比之下，在这里，我们展示了一个等离子体狭缝石墨烯光电探测器上的硅绝缘体平台具有高响应度的5微米短的设备长度。我们观察到，最大的光电流，因此最高的响应度，规模与槽隙宽度成反比。使用双光刻步骤，我们实现了15 nm的窄槽，与光子石墨烯光电探测器相比，每单位设备长度的响应度高出15倍。此外，我们揭示了背栅静电被这种超短沟道石墨烯光电探测器的接触引起的沟道掺杂贡献所掩盖。这导致准电荷中性，这解释了相对于石墨烯狄拉克点的最大基于光电流的光电流和观察到的非双极传输之间的先前未看到的偏移。这种微米紧凑和吸收效率高的光电探测器允许下一代光子元件中的短载流子路径，同时也是研究石墨烯光电子学中短沟道载流子物理的理想测试平台。
2018-11-14 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic Nanoslit Array Enhanced Metal-Semiconductor-Metal Optical Detectors
集成在锗金属-半导体-金属光电探测器上的金属纳米缝阵列在通信C波段对横磁极化的吸收增强了许多倍。这种高增强归因于金属-半导体界面处的表面等离子体激元模式的共振干涉。早先报道了水平表面等离子体激元模式抑制光电探测器性能。然而，我们通过计算表明，尽管减少了远场的透射光，但水平模式仍提高了表面器件的效率。
2014-06-13 physics.optics
High bandwidth waveguide-integrated plasmonic germanium photodetector
在这里，我们提出了一个波导集成锗等离子体探测器，是基于长距离介质加载的表面等离子体极化激元波导配置。由于这种配置确保了长的传播距离，即，进入金属的小吸收和良好的模场限制，即，由于电场与锗材料的高度相互作用，其对于实现等离子体锗光电探测器是完美的。这种光电探测器即使没有优化，对于1310 nm和1550 nm的两个波长也提供超过1A/W的响应度。为了实现这样的响应度，对于1310 nm仅需要5 μ m长的波导，对于1550 nm仅需要30 μ m长的波导。通过优化，该值可以大大提高。在所提出的布置中，金属条同时支持传播模式并用作电极之一，而第二电极位于距波导的短距离处。由于传播模式被紧密地限制在锗脊上，因此外部电极可以非常靠近波导放置而不会干扰波导。因此，电极之间的距离可以小于350 nm，这允许实现超过100 GHz的带宽。然而，由于大多数载流子产生在距离条带100 nm的距离内，因此对于-4 V的偏置电压可以实现超过150 GHz的带宽。
2019-05-28 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic graphene photodetector based on channel photo-thermoelectric effect
我们提出了一种片上CMOS兼容的石墨烯等离子体光电探测器的基础上发生在整个均匀的石墨烯通道的光热电效应（PTE）。所提出的光电探测器结合了长距离介质加载表面等离子体激元（LR-DLSPP）波导与金属条同时作为等离子体激元支撑金属材料和金属电极之一。横向磁（TM）等离子体激元模式的大的平面内分量可以有效地耦合到石墨烯，从而导致整个石墨烯沟道上的大的温度增加，其中最大值位于金属条边缘处。结果表明，在1550 nm的通信波长下，仅用几十μW的输入功率就可以获得超过12000 K的电子温度。即使有诸如石墨烯的熔化温度（T= 4510 K）的限制，在1550 nm的电信波长处也可以实现超过至少200 A/W的响应度。它还表明，在一定的操作条件下，PTE通道光电流可以从光伏和pn结PTE的贡献提供了一种有效的方式，优化整体光电探测器的性能隔离。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Coupling Spin Defects in a Layered Material to Nanoscale Plasmonic Cavities
六方氮化硼中的自旋缺陷，特别是带负电荷的硼空位（VB）中心，是量子传感的新兴候选者。然而，VB缺陷的量子效率低，因此表现出弱的光致发光。在这项工作中，我们展示了一种可扩展的方法，通过耦合到等离子体间隙腔来显着增强VB-发射。等离子体腔由平坦的金表面和银立方体组成，其间放置有几层hBN薄片。采用这些等离子体腔，我们提取了两个数量级的光致发光增强与光学检测的磁共振对比度相应的2倍增强。这项工作将是关键的进展，量子传感采用二维材料，并实现纳米光子器件与自旋缺陷的六方氮化硼。
2021-08-05 physics.optics
Silver plasmonic density tuned polarity switching and anomalous behaviour of high performance self-powered \b{eta}-gallium oxide solar-blind photodetector
深入了解等离子体纳米粒子（PNP）与光在半导体表面的相互作用，可以大大提高半导体光电子器件的效率。然而，PNP-光相互作用的关键决定于半导体表面上的PNP的分布密度，这是不完全理解。在这里，一个系统的研究描绘了银（Ag）纳米颗粒之间的间隙如何影响的性能的\b{eta} -Ga 2 O 3为基础的日盲光电探测器。有趣的是，观察到一个显着的过渡，其中变化的粒子间间隙不仅改变了极性，但也扭转了传统的光电探测器的行为。裸\b{eta} -Ga 2 O 3光电探测器的正瞬态响应与弱DUV光的切换其行为显着提高到20倍的负光响应时，由稀疏间隔的Ag-PNP与超高的响应度为107.47 A/W，在中等功率和令人难以置信的报告-最高的响应度为4.29 mA/W的单半导体\b{eta} -Ga 2 O 3层在自供电模式的装饰。此外，随着Ag-PNP的密度进一步增加，光电流随着照明而减小，这动态地将传统的光电探测器反转为非自然的异常效应。特别是，我们的研究代表了等离子体调谐效应的两个主动动态切换模式的第一次演示，即反向切换和异常行为，其基本原理还没有实验研究。最后，我们提出了一个统一的解释良好的模型，合理化所有观察到的实验趋势，同时建立建立潜在的应用的基础。
2018-09-09 physics.app-ph physics.optics
Combined photonic-plasmonic modes inside photonic crystal cavities
本文对二维光子晶体中金属纳米线与局域腔相互作用的光学性质进行了数值研究。的模式，其波长和宽度的性质作为粒子半径的函数进行了研究。它示出特别是一个粒子的直径约晶格常数呈现出非常窄的共振对应于混合光子等离子体模式，其中增加的寿命是由于减少的辐射损耗与光子晶体的相互作用。这些结果在需要窄等离子体共振的领域中打开了有趣的应用，如在基于LSP共振的生物传感中。
2015-02-09 physics.optics
Multiband Tunable Large Area Hot Carrier Plasmonic-Crystal Photodetectors
光电探测和光利用的光电功能依赖于半导体的带间激发，因此器件的光谱响应由其带隙决定和限制。一种不受这种限制的新方法是收集由金属-半导体结附近的等离子体共振弛豫产生的高能电子。在这种结构中，探测器的光电和光谱响应可以通过定制金属结构的拓扑结构来设计，这在太阳能收集和光电探测中具有巨大的应用。充分利用基于热电子的光电子学还需要一个平台，将其奇异的光谱能力与大规模制造和高性能相结合。在这里，我们报告了用于热电子光电探测的大面积、低成本准3D等离子体晶体（PC）的第一个实现，展示了VIS-NIR中的多波段选择性和前所未有的70 mA/W的响应率。
2014-06-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Accelerated Molecular Vibrational Decay and Suppressed Electronic Nonlinearities in Plasmonic Cavities through Coherent Raman Scattering
分子振动及其动力学对于纳米器件中的电子和热输运以及分子催化具有突出的重要性。<100个分子的振动动力学研究通过三色时间分辨相干反斯托克斯拉曼光谱（trCARS）使用等离子体纳米天线。这将分子信号与四波混频（FWM）隔离，同时使用极低的吸收功率，以避免通过单光子锁定检测造成分子损伤。发现FWM在nm宽的等离子体间隙中与等离子体纳米颗粒相比被强烈抑制。联苯-4-硫醇分子的超快振动衰减速率被这些等离子体纳米腔中的增强的脉冲光场激发的局部非平衡温度的瞬时升高加速十倍。分离振动布居衰变和退相的贡献仔细探索这些紧密限制的分子的振动衰变通道。纳米间隙内的这种极端等离子体增强开辟了测量单分子振动耦合动力学和多种分子光力学现象的前景。
2022-10-07 physics.optics
Nonlinear Surface-Plasmon Whispering-Gallery Modes in Metallic Nanowire Cavities
我们证明，表面二次谐波产生可以导致形成非线性等离子体回音壁模式（WGM）的金属纳米线制成的微腔。由于这些WGM是由诱导的表面非线性偶极子激发的，因此即使它们不耦合到辐射连续体，也可以产生它们。因此，这些非线性模式的品质因数可以与金属中的光学损耗所施加的理论极限一样大。值得注意的是，我们的理论分析表明，非线性等离子体WGM的特点是分数方位角模式数。这表明，这里研究的等离子体腔可用于产生具有分数角动量的多色光场。等离子体传感器的应用也进行了讨论。
2013-10-30 physics.optics
Polarization-sensitive GeSn Mid-Infrared Membrane Photodetectors with Integrated Plasmonic Metasurface
针对中红外光电子需求，本文展示集成Au等离子体超表面的转移印刷Ge₀.₈₉Sn₀.₁₁薄膜光电探测器，实现3.0μm以上截止波长、2.5μm响应度提升近四倍及4:1偏振对比度，且可通过超表面尺度调谐工作波长，实验与模拟吻合。
2025-11-18 physics.app-ph physics.optics
High-performance silicon-graphene hybrid plasmonic waveguide photodetectors beyond 1.55 μm
提出并实现了一种1.55 μm以上的快速硅-石墨烯混合等离子体波导光电探测器。通过这种新颖的设计，石墨烯中的光吸收增强，同时金属吸收损耗降低，这有助于大大提高响应度以及缩短吸收区域以实现快速响应。此外，金属-石墨烯-金属夹层电极的引入，以减少金属-石墨烯的接触电阻，这也有助于提高响应速度。当探测器工作在2 μm时，测量的3dB带宽大于20 GHz（这受到实验装置的限制），而根据测量的S11提取的参数由等效电路计算的3dB带宽高达~100 GHz。据我们所知，这是第一次报道的波导光电探测器在2 μm，3dB带宽超过20 GHz。此外，目前的光电探测器在1.55 μm处也工作得很好。对于0.16 mW的光功率，在-0.3V的偏置电压下，测得的响应度约为0.4A/W，而测得的3dB带宽超过40 GHz（受测试设置限制），并且从等效电路估计的3dB带宽也高达~100 GHz，这是1.55 μm硅石墨烯光电探测器报告的最佳结果之一。
2019-07-18 physics.app-ph physics.optics
A Polarization-insensitive and high-efficiency Schottky Photodetector integrated with a silicon ridge waveguide
我们提出了一种偏振不敏感和高效率的等离子体硅肖特基二极管，用于通过内部光电发射检测光通信波长范围内的子带隙光子。我们的光电二极管是基于一个混合等离子体硅波导。它有一个金膜覆盖的顶部和侧壁的介质硅波导与肖特基接触形成在金-硅界面。详细介绍了一个广泛的物理模型，并应用于计算和分析我们的探测器的性能。通过与仅顶部接触金的二极管相比，在我们的光电探测器中，侧壁覆盖金的响应度的偏振灵敏度大大降低。在1.2-1.5 μm的宽波长范围内，对两种偏振态的响应度都高得多。此外，肖特基接触只有4 μm长，导致非常小的暗电流。我们的设计是非常有前途的实际应用中的高密度硅光子集成。
2013-11-08 physics.optics
Orbital angular momentum multiplication in plasmonic vortex cavities
光的轨道角动量是光子学的核心特征。利用等离子体激元将其限制在表面上已经揭示了许多现象和潜在的应用。在这里，我们介绍了从结构边界的反射作为一个新的自由度来产生和控制等离子体轨道角动量。我们实验证明等离子体涡流腔，产生一系列的涡流脉冲与增加拓扑电荷作为时间的函数。我们跟踪的时空动态的这些角度减速等离子体激元脉冲训练内的空腔超过300飞秒，使用时间分辨光电子显微镜，显示出的角动量增长的空腔的手征顺序的倍数。引入这种自由度来驯服由等离子体涡旋传递的轨道角动量，可以简化类似泵浦-探测的量子初始化方案，增加等离子体镊子施加的扭矩，并可能实现具有动态演变拓扑结构的涡旋晶格腔。
2020-12-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic and plasmonic guiding modes in graphene-silicon photonic crystals
我们报告了在纳米结构硅衬底上大面积化学气相沉积生长石墨烯的等离子体激元和光子导模的系统研究。石墨烯与衬底光子晶体中的光相互作用可以根据光子晶体晶格常数和各种模式波长（即等离子体、光子和自由空间）分为四种不同的机制。通过优化衬底的设计，这些谐振模式可以放大石墨烯在红外波长的吸收，用于硅光子平台上的高效调制器、滤波器、传感器和光电探测器。
2015-04-20 physics.optics
Relations between near-field enhancements and Purcell factors in hybrid nanostructures of plasmonic antennas and dielectric cavities
本文理论揭示了混合等离子体-介质纳米结构中近场增强与珀塞尔因子并非完全正相关，消光截面是决定珀塞尔因子的关键因素，并给出了耦合系统珀塞尔因子的预测方法与极限。
2024-01-15 physics.optics
Influence of random surface deformations on the resonance frequencies and quality factors of optical cavities and plasmonic nanoparticles
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Max-Born-Institut（马克斯·玻恩研究所）
研究随机表面形变对光学谐振腔和等离子体纳米颗粒共振频率和品质因子的影响，提出基于一阶微扰理论的近似方法，用于分析随机形态变化对共振特性的影响。
2026-04-22 physics.comp-ph physics.optics
Efficient coupling between slanted bound states in the continuum cavity and plasmonic nanoantennas induced local field enhancement
在过去的几年里，光学纳米天线由于其能够有效地限制，局部共振，并显着增强电磁场在亚波长尺度上的能力，不断吸引人们的兴趣。然而，这种强限制可以通过在连续腔中使用光学纳米天线和倾斜束缚态的适当组合来进一步增强。在这里，我们建议协同桥梁的等离子体纳米天线和高光学质量因子腔，以数字演示三个数量级的局部强度增强。该混合系统为光学传感、光阱、非线性光学、量子光学等需要高度受限领域的应用开辟了新的途径。
2020-10-27 physics.optics
Spontaneous emission and collection efficiency enhancement of single emitters in diamond via plasmonic cavities and gratings
我们展示了一种基于等离子体孔径和光栅的方法，以提高金刚石中单个NV中心的辐射衰减率，同时提高其收集效率。我们的结构是基于金属谐振器周围的亚波长金刚石纳米柱与银膜，这可以提高嵌入的NV中心的自发发射率形成。然而，由于表面等离子体激元的损失和金刚石-空气界面处的反射，发射光子的收集效率仍然很低。在这项工作中，我们将光栅结构纳入等离子体腔系统，以减轻光子损失到这些通道。
2013-08-02 physics.optics quant-ph
On chip plasmonic slit cavity platform for room temperature strong coupling with deterministically positioned colloidal quantum dots
本文提出一种片上等离激元狭缝腔平台，利用介电电泳定位和实时光致发光反馈，实现室温下胶体量子点与腔的强耦合，观察到清晰的Rabi分裂，为可扩展量子光子电路奠定基础。
2025-10-31 physics.optics
Inducing an Incipient Terahertz Finite Plasmonic Crystal in Coupled Two Dimensional Plasmonic Cavities
我们测量了太赫兹电磁波照射晶体管时，天线耦合的多栅极GaAs/AlGaAs场效应晶体管的电流传输的变化，并将这种变化归因于二维电子通道中电子的热辐射加热。所观察到的太赫兹吸收光谱表明在相邻偏置器件栅极下激发的等离子体激元之间的相干性。实验结果同意定量与我们开发的理论模型是基于广义等离子体传输线形式主义，并描述了从均匀的晶体极限的电子密度调制增加的等离子体光谱的演变。这些结果表明，电子诱导和动态可调的等离子体能带结构。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall physics.optics physics.plasm-ph
Reply to "Comment on "Normalization of quasinormal modes in leaky optical cavities and plasmonic resonators" " by E. A. Muljarov and W. Langbein
本文反驳了E. A. Muljarov和W. Langbein（arXiv：1602.07278v1）.完全基于我们原始文章中已经包含的信息（P. T。克里斯滕森，R. C. Ge和S. Hughes，Physical Review A 92，053810（2015）），我们认为批评的每一点都是完全不合理的，并指出评论作者似乎忽视了我们论证的重要部分。此外，我们还提供了额外的计算，直接显示了Sauvan等人和Muljarov等人的归一化之间的联系，这是我们最初的文章中没有提到的。
2016-05-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Separating enhancement from loss: plasmonic nanocavities in the weak coupling regime
通过修改发射器位置处的光学态密度，弱腔-发射器耦合可以实现量子光学中的许多潜在应用，从低阈值激光器的开发到用于量子密码学的更亮的单光子源。虽然自发发射修饰的一些第一次演示发生在金属结构中，但直到最近在介电光学腔中演示了腔量子电动力学效应之后，金属基光学腔才被考虑用于量子光学应用。金属光学腔的优点包括它们与各种各样的发射器的兼容性以及它们的宽带腔光谱，这使得能够增强光谱宽的发射器。在这里，我们展示了一种基于金属的纳米腔结构，实现了1000的辐射发射率增强，开辟了可能性，追求腔电动力学调查与固有的广泛的光学发射器，包括有机染料和胶体量子点。
2011-11-01 physics.optics
Comment on "Normalization of quasinormal modes in leaky optical cavities and plasmonic resonators"
最近，Kristensen，Ge和Hughes比较了[Phys. Rev. A 92，053810（2015）]三种不同的方法用于开放光学系统中准正规模式的归一化，并得出结论，它们都提供了相同的结果。我们在这里表明，这一结论是不正确的，并说明，规范化的[Opt. Lett. 37，1649（2012）]对于具有有限品质因数的任何光学模式是发散的，并且对于准正规模式不满足Silver-Mueller辐射条件。
2016-02-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Atomically imprinted graphene plasmonic cavities
范德华（vdW）材料中的等离子体激元有望成为下一代光子学的研究对象。在具有纳米尺度特征的腔和电路中确定性地压印高载流子密度的空间图案的能力是非线性纳米光子学和强光-物质相互作用的未来进展的基础。在这里，我们展示了一个一般的战略，以原子压印低损耗石墨烯等离子体结构，使用氧化激活的电荷转移（OCT）。我们用WSe $_2$的单层覆盖石墨烯，其随后被氧化成高功函数的WOx以激活电荷转移。纳米红外成像揭示了在WOx/石墨烯界面处的低损耗等离子体激元。我们插入WSe $_2$间隔，以精确地控制OCT诱导的载流子密度，并实现等离子体激元的近本征品质因数。最后，我们压印典型的等离子体腔表现出横向突变掺杂分布与个位数的纳米级精度通过可编程OCT。具体来说，我们展示了技术上有吸引力的，但难以捉摸的等离子体回音壁谐振器的基础上独立的石墨烯封装在WOx。我们的研究结果开辟了新的量子光子结构纳入二维材料的途径。
2022-06-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Polarization-Insensitive Integration of Nanoparticle-on-a-Slit Cavities with Dielectric Waveguides for On-chip Surface Enhanced Raman Spectroscopy
本研究提出并实验验证了NPoS等离子体腔与硅基氮化硅狭缝波导的偏振不敏感集成方案，可通过TE和TM基模驱动腔，结合金纳米球确定性定位实现片上BPT分子表面增强拉曼光谱检测，为片上等离子体腔集成应用提供支撑。
2024-10-21 physics.optics
Indistinguishablity from dephased emitters using combined plasmonic-dielectric cavities
Technical University Berlin（柏林工业大学）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；University of Bristol（布里斯托大学）
本文提出一种混合聚焦架构，利用等离子体纳米共振器和外介电腔实现去相位发射体的不可区分光子生成，通过降低腔体质量因子要求并提高光子收集效率。
2026-04-21 physics.optics quant-ph
Quantization of quasinormal modes for open cavities and plasmonic cavity-QED
我们引入了基于准正规模的第二量子化方案，准正规模是具有复本征频率的泄漏光学腔和等离子体共振器的耗散模。该理论使任意三维耗散共振器的多等离子体/光子Fock态的建设，并给出了一个坚实的理解的限制现象耗散Jaynes-Cummings模型。在一般情况下，我们展示了不同的准正规模式如何通过非对角模式耦合干涉，并演示了这些结果如何影响腔修改的自发发射。为了说明理论的实际应用，我们使用金纳米棒二聚体和混合电介质-金属腔结构的例子。
2019-03-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Plasmonically enhanced spectrally selective narrowband MWIR and LWIR light detection based on hybrid nanopatterned graphene and phase changing vanadium oxide heterostructure operating close to room temperature
我们提出了一个超灵敏中红外（中红外）光电探测器的模型，该光电探测器工作在中波长红外（MWIR）和长波红外（LWIR）域，由纳米图案化石墨烯（NPG）和二氧化钒制成的混合异质结构组成（VO $_2$），其表现出$R\sim 10^4$ V/W的大响应度，超过$D^*\sim 10^{10}$ J的探测率，以及通过利用薄VO $_2$膜的相变，在接近室温的噪声等效功率$\mathrm{NEP}\sim 100$ fW/ $\sqrt{\rm Hz}$方面的灵敏度。我们提出的光电探测器可以达到近100%的吸收单层石墨烯由于局部表面等离子体（LSP）周围的图案化的圆孔。纳米图案的几何形状和静电栅极电势可用于在3和12 $μ$ m之间调节中IR区域中的吸收峰。在通过NPG片的光子吸收和由此产生的VO $_2$从绝缘相到金属相的相变之后，所施加的偏置电压$V_b$触发通过VO $_2$片的电流，该电流可以在约1 ms内被电子地检测到，比当前VO $_2$测辐射热计的检测时间短。我们设想的中红外光电探测器达到低温冷却碲镉汞光电探测器的探测率和灵敏度大于VO $_2$微测辐射热计，同时接近室温工作。
2021-03-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
QED description of Raman scattering from molecules in plasmonic cavities
等离子体增强拉曼散射可以推动单分子振动光谱超出经典电动力学可寻址的范围。我们采用量子电动力学（QED）的等离子体激元和分子振动的相干相互作用，揭示了非线性系统的非弹性响应的出现。对于现实的情况下，我们预测发病的\textit{phonon-stimulated Raman scattering}和反斯托克斯发射的激发频率的反直观的依赖。我们进一步表明，这种新的QED框架打开了一个场地，以分析在等离子体腔发射的光子的相关性
2016-09-16 physics.optics quant-ph
Anti-Stokes Photoluminescence in Monolayer WSe$_2$ Activated by Plasmonic Cavities through Resonant Excitation of Dark Excitons
本文研究通过等离激元纳米腔共振激发暗激子，在单层WSe$_2$中激活反斯托克斯光致发光，实现近100倍的上转换发光强度增强，为光学冷却和激子辐射工程提供了新途径。
2023-03-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Non-secular polariton leakage and dark-state protection in hybrid plasmonic cavities
Politecnico di Torino（都灵理工大学）
研究探讨了等离子体腔体中非世俗极子泄漏和暗态保护机制，提出了一种考虑辐射和吸收损失的主方程，用于描述非世俗干涉效应，并提供了基于极子分裂与库容线宽比的设计准则。
2026-01-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Single-molecule strong optomechanical regimes in SERS via hybrid plasmonic cavities
Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Condensed Matter Physics Center (IFIMAC)（凝聚态物理中心（IFIMAC））；Instituto Nicolás Cabrera（尼古拉斯·卡布雷拉研究所）
该研究利用混合等离激元腔实现单分子强光力学 regime，通过特定模式照射观测到SERS光谱增强分裂，计算二阶光子关联以表征非经典特性，为SERS领域提供了新的光力学调控方案。
2026-08-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Modes and Mode Volumes of Leaky Optical Cavities and Plasmonic Nanoresonators
光子和等离子体共振器中的电磁腔模式提供了丰富而有吸引力的机制来定制光-物质相互作用的性质。然而，令人不安的是，对于什么构成了腔模，缺乏精确的定义，因此它们的数学性质在很大程度上仍然不明确。定义的缺乏部分地由所使用的不同的命名法-“共振”、“漏模”、“准模”-证明，仅举几例-表明腔模的耗散性质在某种程度上使它们不同于其他模，但很少作出明确的区分。这篇透视文章旨在向读者介绍一些微妙之处和工作定义，这些定义在描述泄漏光学腔和等离子体纳米谐振器的模态特性时可以严格应用。我们描述了该领域的一些最新进展，包括{光子和等离子体谐振器的准正规模的计算方法和广义有效模体积的概念，}并以光子晶体和纳米等离子体领域的几种代表性腔结构来说明该理论。
2013-12-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Vacuum Rabi splitting in a plasmonic cavity at the single quantum emitter limit
单个量子发射体与共振腔的强相互作用是理解光物质相互作用的基本兴趣。等离子体腔保持实现强耦合制度的承诺，即使在环境条件下和subdiffraction体积内。最近的实验揭示了单个等离子体结构和多个有机分子之间的强耦合，但到目前为止，在单个量子发射体的极限下的强耦合还没有报道。在这里，我们展示了真空拉比分裂，强耦合的表现，使用银蝴蝶结等离子体腔装载半导体量子点（QD）。在具有一到几个QD的单个蝴蝶结的散射光谱中观察到透明度下降，直接在它们的间隙中观察到。高达120毫电子伏的耦合率登记，甚至与一个单一的量子点，放置蝴蝶结量子点结构接近强耦合制度。这些观测结果得到了极化相关实验的验证和电磁计算的验证。
2016-05-03 physics.optics quant-ph
Towards infrared toroidal photodevices: A Review
金属纳米结构中的等离子体激元激发可以直接衰减为动态电子-空穴对（EHP），可用于光电流产生。这种方法已被广泛用于开发具有显著响应度和量子效率的纳米等离子体激元光传感器件。特别令人感兴趣的是具有广泛技术应用的红外等离子体光电探测器，包括光谱学、生物传感和监视。这篇综述讨论了在红外光谱范围内纳米结构中等离子体增强光电流产生的理解和应用的基本原理、最新进展和趋势机制。通过突出和比较开发的技术，我们展示了新引入的方向实现高光子产额红外等离子体光电探测工具。作为现代光子学中一个有前途的概念，我们代表了环形元原子作为等离子体激元诱导的载流子发生器的出现，其具有非常规的精致特性，用于设计具有显着高响应度和光电流的先进，快速和下一代等离子体光电探测器。
2019-08-13 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic coupled-cavity system for enhancement of surface plasmon localization in plasmonic detectors
等离子体激元耦合腔系统由四分之一波长耦合器腔、谐振法布里-珀罗探测器纳米腔和非谐振反射器腔组成，用于增强等离子体激元探测器中表面等离子体激元的局部化。耦合器腔是基于传输线理论和波长缩放规则在光学制度的基础上设计的，而反射器腔是从非谐振腔结构来衰减等离子体波的传输。我们观察到强耦合的腔在模拟结果中，与86%的表面等离子体局域化实现的改善。等离子体激元耦合腔系统可以在纳米级光电探测器、传感器和各种等离子体激元电路器件的领域中找到有用的应用。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Decoherence Tuning in Voltage-Driven Plasmonic Cavities
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；New York University（纽约大学）
本研究提出电压作为关键控制参数，在STM-BJ中实现电可调的单分子等离激元腔，通过抑制损耗并保持模式约束，为强耦合下的量子控制开辟新途径。
2026-09-24 physics.chem-ph physics.optics quant-ph
Half-wave plasmonic nanolasers near the localization limit
Harvard Medical School（哈佛医学院）；Massachusetts General Hospital（麻省总医院）；Rice University（莱斯大学）；Harvard-MIT Health Sciences and Technology（哈佛-麻省理工学院健康科学与技术）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究在超光滑金衬底上用高增益磷化铟纳米颗粒实现接近表面等离子体共振的半波模式激光，通过模拟估计最小激光粒子尺寸，观察不同粒子的激光特性，推动激光小型化至等离子体局域极限。
2026-07-07 physics.optics
From vertical-cavities to hybrid metal/photonic-crystal nanocavities: Towards high-efficiency nanolasers
我们提供了一个数值研究表明，一个底部反射器是必不可少的实现单向发射的光子晶体（PhC）纳米激光器。首先，我们研究了一个悬浮在由电介质或金属衬底形成的平面镜上的PHC平板纳米腔。我们发现，激光器的垂直发射可以增强超过6倍的设备相比，在没有镜子。然后，我们研究的情况下，在一个平面的金属表面接触的PhC纳米腔。下面的金属衬底可以用作电流通路和散热器，这将有助于在室温下实现连续波激光操作。以1.3 μ m发射的激光器的设计表明，假设室温金作为衬底，可以实现超过1，000的相对高的腔Q。此外，可以实现辐射效率超过50%的线偏振单向垂直发射。最后，我们讨论了这种混合设计涉及到各种等离子体腔，并提出了一个有用的定量测量的程度的“等离子体”字符在一个一般的金属纳米腔。
2011-09-01 physics.optics
Nanogap-Enhanced Infrared Spectroscopy with Template-Stripped Wafer-Scale Arrays of Buried Plasmonic Cavities
我们结合原子层光刻和模板剥离，以产生一类新的基板表面增强红外吸收（SEIRA）光谱。我们的结构包括一个埋和U形的金属-绝缘体-金属波导的折叠垂直臂有效地耦合垂直入射光。绝缘体通过Al 2 O3的原子层沉积（ALD）形成，并且精确地限定间隙尺寸。掩埋的纳米腔被硅模板保护免受污染，直到准备好使用并根据需要通过模板剥离暴露。暴露的纳米腔产生强烈的红外共振，将红外辐射紧紧限制在小至3 nm（λ/3300）的间隙中，并产生密集的毫米长热点阵列。在部分去除绝缘体后，间隙被苯乙烷分子回填，由于与间隙等离子体的强耦合而产生明显的Fano共振，并且对于3 nm间隙观察到10^5的SEIRA增强因子。由于晶圆级的可制造性，通过ALD对间隙尺寸的个位数纳米控制，以及通过模板剥离实现的长期存储，我们的掩埋等离子体纳米腔衬底将有利于传感和光谱学的广泛应用。
2022-04-16 physics.app-ph physics.optics
A multi-spectral and polarization-selective surface-plasmon resonant mid-infrared detector
我们展示了一个多光谱偏振敏感的中红外点阱（DWELL）光电探测器，利用表面等离子体共振元件，具有可定制的频率响应和偏振选择性。的表面等离子体探测器的共振响应度显示出高达5倍的未图案化的控制检测器的增强。由于等离子体共振器仅涉及顶部金属接触的表面图案化，因此该方法独立于光吸收材料，并且可以容易地与用于成像应用的当前焦平面阵列处理集成。
2009-07-16 physics.optics
Geometric Filterless Photodetectors for Mid-infrared Spin Light
需要偏振器和波片的自由空间圆偏振光（CPL）检测已经被很好地建立，而这种空间自由度不幸地在集成片上光电子学中不存在。目前，已报道的无滤光片CPL光电探测器存在固有的分辨比小、易受非CPL场分量影响、响应度低等缺点。在这里，我们报告了一个独特的范例几何光电探测器在中红外表现出巨大的歧视比，接近完美的CPL特定的响应，在室温下为392 V/W的零偏压响应率，和椭圆率下降到0.03 $^o$ Hz $^{-1/2}$的探测。我们的方法采用等离子体纳米结构阵列与明智地设计的对称性，辅助石墨烯带电读取其近场光学信息。这种红外光电探测器的几何授权配方为片上无滤波器CPL检测提供了一种稳健、直接、严格和高质量的解决方案，并为集成功能性光电子器件带来了新的机遇。
2022-04-08 physics.app-ph physics.optics
Ultra-Thin All-Epitaxial Plasmonic Detectors
我们提出了一种红外光电探测器，其利用了由与量子工程探测器结构集成的“设计师”等离子体金属组成的全外延器件架构，所有这些都在成熟的III-V族半导体材料系统中。入射光在检测器/“设计者”金属界面处耦合成表面等离子体激元-极化激元模式，并且这些模式的强约束允许亚衍射（$\sim λ_0 / 33$）检测器吸收层厚度，从而有效地解耦检测器的吸收效率和暗电流。我们展示了在非低温温度（T = 195 K）下工作的高性能探测器，而不牺牲外部量子效率，并且优于成熟的和商用的探测器。这项工作提供了一个实用的和可扩展的等离子体光电子器件架构与现实世界中的中红外应用。
2021-10-14 physics.ins-det physics.optics
Graphene Plasmonics for Terahertz to Mid-Infrared Applications
近年来，由于石墨烯独特的电学和光学性质、可调谐性、长寿命的集体激发和极端的光限制，石墨烯等离子体激元学研究取得了快速的进展。在这里，我们回顾了石墨烯等离激元的基本性质;它们的能量色散，局域化和传播，等离激元-声子杂化，寿命和阻尼途径。石墨烯等离子体的应用空间在于技术上重要的，但相对未开发的太赫兹到中红外区域。我们讨论了新兴的和潜在的应用，如调制器，陷波滤波器，偏振器，中红外光电探测器，中红外振动光谱，等等。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multimode vibrational strong coupling in Direct Laser written Mid-IR plasmonic MIM nano-patch antennas
本研究通过实验与理论分析三维打印 L 形 MIM 纳米腔，揭示其双偶极模式与聚合物振动的多模强耦合，并以耦合振子模型预测腔臂长度效应。
2023-03-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Single-atom control of the optoelectronic response in sub-nanometric cavities
通过从头算含时密度泛函理论计算进行了一个原型的混合等离子体装置（两个金属纳米颗粒桥接的一个原子结），我们证明了强烈的相互作用之间的光诱导激发局域表面等离子体和电子输运通过单原子。这种相互作用对结的原子轨道非常敏感。因此，我们展示了仅通过改变器件中的单个原子就可以实现双重调谐（等离子体响应和光生电流）的可能性。
2019-03-20 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus physics.optics
Highly Sensitive Wavelength-scale Amorphous Hybrid Plasmonic Detectors
等离子体和硅光子学的混合集成是一种有前途的全球微处理器互连结构。为此，实际的等离子体激元器件不仅应该在波长尺度覆盖区上提供无热宽带操作，而且还支持与低损耗Si波导以及CMOS后端工艺的非侵入式集成。在这里，我们展示了一个混合等离子体光电探测器与一个单一的有源结制造通过后端沉积的非晶材料耦合到硅纳米线只有1.5dB的损失。利用内部光电发射，我们的探测器在7V偏压下在620 nm × 5μm的基底面上测量到-35dBm的灵敏度。此外，获得了高达0.4mA/W的响应度和低至0.2nA的暗电流。在λ=1.2-1.8μm和高达100°C的温度范围内，可实现高工艺容差。结果表明，在没有昂贵的工艺修改的情况下，在Si芯片上实现等离子体-光子光电集成的潜力。
2017-09-24 physics.app-ph physics.optics
Disorder-Engineered Hybrid Plasmonic Cavities for Emission Control of Defects in hBN
Middle East Technical University（中东技术大学）；Izmir Institute of Technology（伊兹密尔理工大学）；Tampere University（坦佩雷大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Sabancı University（萨班哲大学）
本研究通过低成本可扩展方法集成石墨烯氮化硼中的缺陷量子发射体与等离子体纳米腔体，实现光致发光增强和衰变动力学控制，无需确定性定位。
2026-01-31 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Structural Order of the Molecular Adlayer Impacts the Stability of Nanoparticle-on-Mirror Plasmonic Cavities
巨大的场增强和纳米级的光限制是可能的纳米粒子上镜（NPoM）等离子体共振器，使新的光学激活的物理和化学现象，并使这些纳米腔非常敏感的微小的结构变化，下降到原子尺度。虽然这些结构参数中的一些，主要与纳米粒子和镜面形态，已被确定，分子组装和组织之间的间隔层的影响，他们往往被留下的特点。在这里，我们实验研究如何的复杂性和可重构的性质的硫醇基自组装单层（SAM）吸附在镜面上的影响的光学性质的NPoMs。我们通过控制反射镜在硫醇溶液中的孵育时间来制备具有不同分子组织的NPoMs。之后，我们调查的结构变化，发生在激光照射下，通过跟踪键合偶极等离子体激元模式，同时还监测斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射的分子作为其完整性的探针。首先，我们发现一个有效的SAM的高度降低，激光功率的增加，与加热引起的分子取向的不可逆变化兼容。其次，我们观察到，与具有更稀疏和更无序的SAM的样品相比，用密集和更有序的单层分子制备的纳米腔更容易发生共振变化。我们的测量结果表明，分子取向和包装上的镜面起着关键作用，在确定NPoM结构的稳定性，因此突出了未被认识到的意义SAM表征的NPoM为基础的应用程序的发展。
2021-05-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hybrid photonic-plasmonic cavity design for very large Purcell factors at telecom wavelengths
混合光子-等离子体腔可以被定制为同时显示高Q因子和极小的模体积，这导致大的Purcell因子FP值。在不同的混合配置中，那些基于纳米粒子在一个镜子（NPoM）等离子体腔提供了最低的模式体积之一，虽然到目前为止，他们的操作已被限制在1 μm以下的波长。在这里，我们提出了一种混合结构，该结构由硅光子晶体腔组成，该腔的中心有一个缝隙，其中引入了金纳米颗粒。该混合系统工作在电信波长，并提供高Q因子值（Q ${\approx} 10^{5}$）和小归一化模体积（Vm ${\approx} 10^{-4}$），导致极大的Purcell因子值FP ${\approx} 10^{7}$ - ${10^{8}}$。所提出的腔可用于不同的应用，如分子光力学，生物和化学传感，全光信号处理或增强拉曼光谱在相关的电信波长范围。
2022-04-11 physics.optics
Plasmonic structure integrated single-photon detector configurations to improve absorptance and polarization contrast
在1550 nm偏振光照射下，采用不同的等离子体结构集成了由p=264 nm和P=792 nm的周期性氮化铌（NbN）图案组成的超导纳米线单光子探测器（SNSPD），确定了能够同时最大化吸收率和偏振对比度的最佳波长。全局NbN吸收率最大值出现在P/S-偏振光照明的情况下，在S/P-取向（γ =90 °方位角）和最高的偏振对比度是在所有设备的S-取向。吸收率增强的常见纳米光子起源是具有不同轮廓的纳米腔光栅上的集体共振，这是通过四分之一波长MIM纳米腔中的局域模与集成SNSPD中的横向同步Brewster-Zenneck型表面波之间的耦合而促进的，所述集成SNSPD具有四分之三波长尺度的周期性。光谱灵敏度和色散特性表明，存在器件设计特定的最佳配置。
2014-09-16 physics.optics
